记者6日从中国科学院新疆理化技术研究所获悉，该所潘世烈、杨志华等人在深紫外非线性光学晶体研究领域再次取得重要进展。团队提出氟化调控设计原理，设计出两种氟化硼酸盐晶体新结构体系，其最短相位匹配倍频波长可达145.2纳米，超过了实现229Th核钟所需的148.3纳米关键阈值，为新材料设计提供了研究新思路。相关研究成果近期发表于国际学术期刊《先进材料》。
深紫外非线性光学晶体是深紫外激光、精密测量、量子通信等前沿领域的核心功能材料。然而，这类材料需同时满足超宽带隙、合适双折射获得短相位匹配倍频波长、大倍频效应三大核心要求，三者相互制约。加之传统试错研发模式效率偏低，目前利用双折射相位匹配实现150纳米以下激光输出的材料资源稀缺，例如，能够满足229Th核钟148.3纳米临界应用波长需求的理想材料一直难以突破。
针对上述问题，研究团队围绕深紫外非线性光学材料“宽带隙、短相位匹配波长、大倍频”难以协同的核心瓶颈，开展π共轭与非π共轭协同调控结构设计研究。团队通过提出氟化硼酸盐功能基元的可控组分设计规则，精准约束化学组分搜索空间，设计出LiB3O4F2和Li2B4O5F4两类新型结构。其中，C2-LiB3O4F2表现尤为突出，其最短相位匹配倍频波长达到145.2纳米，倍频效应为KDP的3.4倍。研究首次证实，[BO3]与[BO2F2]功能基团的协同组装在实现相位匹配波长短于150纳米方面具有独特优势。
杨志华表示，研究验证了氟化协同调控策略在深紫外非线性光学材料多性能协同优化方面的可行性与有效性，既为超短深紫外激光光源、原子核钟超高精度精密测量体系的实验研发提供理论依据与设计参考，也为非线性光学晶体从传统试错走向理性精准设计提供了新思路。
